Стареющий мозг
Каждый знает о неизбежности наступления старости: она приходит ко всем людям и наверняка не минует вас. Однако до недавнего времени старели далеко не все — лишь небольшой процент населения достигал 60-летнего возраста. В начале XX века средняя продолжительность жизни в США была чуть меньше 50 лет, а возрастное распределение напоминало то, которое ныне характерно для многих развивающихся стран: большая часть, населения была моложе 20 лет, и лишь незначительную часть составляли люди пожилого возраста.
К 60-м годам в возрастном распределении произошли существенные сдвиги. Гораздо большее число людей преодолевало теперь полувековой рубеж. Причина состояла не только в том, что повысился общий уровень здравоохранения, но и в том, что благодаря антибиотикам и созданию вакцин стало возможно лечить и предотвращать важнейшие инфекционные заболевания, сокращавшие жизнь предыдущих поколений. Кроме того, были найдены новые способы лечения также и других болезней, бывших частыми причинами ранней смертности, — таких, например, как болезни сердца и почек, артериальная гипертония и некоторые формы рака.
Любое улучшение общего уровня здравоохранения означает, что больше людей будут жить долго. По некоторым оценкам в ближайшие 50 лет в США число людей старше 65 лет, составляющее сейчас 22 млн., или 11%, почти удвоится. Из-за того что пожилые нуждаются в большем внимании со стороны органов здравоохранения по сравнению с молодежью или лицами среднего возраста, нагрузка на всю систему здравоохранения в будущем, вероятно, неизмеримо возрастет. Вот почему так важно знать, какие биологические сдвиги происходят в процессе старения.
Стариться — это значит не просто становиться старше
Несмотря на все улучшения условий жизни и успехи медицинской науки в предотвращении и лечении смертельных заболеваний, верхняя граница вероятной продолжительности жизни мало изменилась. Самому старому из известных нам долгожителей недавно исполнилось 119 лет, и других претендентов на его лавры пока нет. Людей, доживающих до 100 лет или преодолевающих этот рубеж, так же мало, как и раньше. Таким образом, успехи здравоохранения и улучшение социальных и экономических условий лишь увеличили число людей, которые живут сравнительно долго. Максимальная же продолжительность жизни человека по-прежнему остается конечной величиной, определяемой нашей биологией.
Распознать очень старых людей совсем нетрудно: они немощны, волосы у них выпали или поседели, кожу избороздили глубокие морщины. Однако у взрослых, еще не достигших глубокой старости, — в возрасте от 40 до 65 лет — видимые признаки физического старения сильно варьируют. Таким образом, возраст и процесс старения отделимы друг от друга. Термин «старение» означает прогрессирующую утрату восстановительных и адаптивных реакций, которые служат для поддержания нормальных функциональных возможностей. Ход возрастных изменений, если уж они начались, обычно следует единому образцу.
Характер возрастных изменений. Утрата прежних функциональных возможностей в процессе старения наиболее ярко проявляется в регуляторной активности эндокринной системы. Женский репродуктивный цикл, зависящий от нормальных ежемесячных взаимодействий между гипоталамусом, гипофизом и яичниками, обычно прекращается в конце 4-го — начале 5-го десятилетия жизни. Обусловленное этим снижение выработки эстрогенов способствует появлению физических признаков старения. Хотя у мужчин функция половых желез сохраняется дольше, секреция тестостерона начинает у них снижаться намного раньше, чем они достигают своего 40-летия. Это приводит к постепенному изменению вторичных половых признаков — изменяется, например, телосложение, замедляется рост волос. Еще один признак старения-уменьшение общей метаболической потребности в калориях и белках, а также в сне. Снижение концентрации половых стероидных гормонов и относительно малоподвижный образ жизни взрослых людей приводят к уменьшению массы мышц и их тонуса, а также к увеличению количества жира, если люди продолжают питаться в соответствии с привычками молодости. Гораздо менее очевидны функциональные изменения иммунной системы, снижающие способность организма противостоять инфекциям и препятствовать развитию спонтанно возникающих опухолей; эти изменения особенно резко проявляются на шестом десятке лет.
Процесс старения затрагивает и нервную систему. После 30 лет скорость, с которой потенциалы действия распространяются вдоль периферических нервных волокон, обычно медленно, но неуклонно снижается, и это в сочетании с уменьшением мышечного тонуса означает, что людям более старшего возраста для выполнения повседневных дел действительно требуется больше времени. Изменения функций половых желез связывают с ослаблением стимулирующего действия гипоталамуса на секрецию гонадотропных гормонов гипофизом. Это, возможно, свидетельствует о том, что признаки физического старения начинают появляться в связи с изменениями, происходящими в мозгу. Снижение умственных способностей происходит обычно в последнюю очередь. Лица пожилого возраста, как правило, не хуже молодых справляются со всеми задачами по проверке интеллектуальных функций, если время для их решения не ограничивается. Однако в тестах на скорость снижение способностей, связанное с возрастом, проявляется со всей очевидностью.
Возрастные изменения, не связанные со старением. Истинный хронологический возраст, в котором начинают ухудшаться функции мозга и всего организма, так же как и скорость этого ухудшения в различных системах организма, сильно варьирует от человека к человеку. Поэтому ученые, пытаясь выявить ключевой биологический процесс, с которого начинается общее ухудшение, не могут просто объединять показатели всех людей одного и того же календарного возраста. Кроме того, при исследовании пожилых и очень старых людей могут выявиться просто факторы, способствующие выживанию, а не те изменения, которые приводят к деградации.
Чтобы получить неискаженное представление о причинах старения, нужно учитывать большое число переменных в широком возрастном диапазоне. Как показывают исследования, лучшим индикатором хронологического возраста служит способность глаза к аккомодации (к фокусировке на близко расположенные предметы). Повышение кровяного давления и снижение способности быстро наполнять легкие воздухом и освобождаться от него тоже, хотя и не так тесно, связаны с возрастом. Однако при оценке критических показателей «биологического возраста» по вероятности последующего выживания в течение 5-10 лет выясняется существенное значение индивидуальных факторов. При первом обследовании выжившие обычно оценивались по результатам сердечно-сосудистых, нервно-мышечных и метаболических тестов как «более молодые» по сравнению с невыжившими людьми того же хронологического возраста. Связаны ли различия между людьми одного возраста с генетическими особенностями, образом жизни или какими-либо иными поддающимися изучению причинами? Может ли изменение жизненных привычек как-либо влиять на биологические прогностические факторы? Эти вопросы в настоящее время активно изучаются.
При исследовании индивидуальных различий в мозгу стареющих животных также выявляется ряд закономерностей. Проведение импульсов в аксонах многих, хотя и не всех, нейронов замедляется. Число нейронов в определенных участках мозга (но отнюдь не во всех) уменьшается. Иерархически связанные нейроны с крупными дендритными структурами и очень длинными аксонами — пирамидные клетки коры больших полушарий и гиппокампа, нейроны Пуркинье в коре мозжечка — особенно подвержены гибели в связи с возрастом. Кроме того, у этих нейронов неизменно ухудшается способность к модификации синаптических структур после повреждения или к изменению числа поверхностных рецепторов для медиаторов в зависимости от изменения уровня активности пресинаптических нейронов. У нейронов дивергентных сетей с одним входом и локальных сетей функция гораздо медленнее ухудшается с возрастом.
Одни ученые считают, что старение и утрата нейронов — это результат нарушения нормальной и необходимой способности нервной системы к структурной модификации и обновлению. Другие полагают, что отмирание нейронов, приводящее к уменьшению их числа с возрастом, есть попросту продолжающееся действие той программы гибели клеток, которая начинается после рождения в связи с формированием нормальных нейронных сетей и синаптических связей (см. гл. 1). Если результаты исследований на животных можно интерпретировать столь различно, легко понять, почему так трудно проверить традиционные объяснения возрастной гибели нейронов у человека. Чтобы оценить влияние алкоголя и табака на гибель нервных клеток у какого-то отдельного человека, например, нужны гораздо более обширные данные о норме, нежели те, которыми мы сейчас располагаем. Однако нет и таких данных, которые указывали бы, что воздействие наркотиков и алкоголя способствует выживанию нейронов.
Болезнь Альцгеймера: ускоренная дегенерация мозговой ткани
В начале нашего века немецкий психиатр Алоис Альцгеймер описал своеобразный клинический случай и тем самым дал свое имя болезни, которая ныне приобретает чуть ли не эпидемический характер. У пациента — прежде здорового человека лет 50 с небольшим — возникло глубокое расстройство памяти на недавние события. Он перестал ориентироваться в том, когда случилось то или иное событие, где он в тот момент был и что делал. Врач охарактеризовал такое сочетание симптомов как «дезориентацию в пространстве и времени». Подобное явление иногда временно наблюдается при некоторых травмах головы или как результат воздействия ряда нейротоксических препаратов. Однако у этого больного потеря памяти и дезориентация не прекращались и даже прогрессировали. К этим симптомам вскоре присоединились тяжелая депрессия, галлюцинация и параноидный бред. Незадолго до смерти у больного были все признаки деменции (слабоумия) — прогрессирующая утрата всех интеллектуальных функций, в том числе способности говорить, мыслить абстрактно и даже выполнять обычные повседневные действия: есть, одеваться, опорожнять мочевой пузырь и кишечник.
При вскрытии обнаружилась резко выраженная атрофия мозга — уменьшение его массы. Микроскопический анализ коры больших полушарий выявил не только исчезновение крупных пирамидных нейронов, но и странные скопления аморфного материала, получившие название «бляшек», а также совершенно необычные «сплетения» тонких волокон внутри увеличившихся, вероятно отмирающих, нейронов. Описанный случай остался загадкой, причину болезни невозможно было объяснить. С тех пор во всем мире отмечено много подобных случаев. Их объединяли относительно молодой возраст заболевших, острое начало, быстрое прогрессирование симптомов и характерная картина мозга при вскрытии. Болезнь Альцгеймера стали называть также «пресенильной деменцией», когда в результате тщательного исследования выяснилось, что в мозгу пожилых людей, в других отношениях совершенно нормальных, тоже встречаются отдельные «бляшки» и сплетения нитей, хотя изменения эти не столь резко выражены.
Сегодня неврологи классифицируют это расстройство как сенильную деменцию алъцгеймеровского типа. Развитие симптомов заболевания, как и симптомов старения, может начаться в любое время в поздней фазе зрелого возраста. Изменения часто бывают настолько постепенными, что их вначале вообще не замечают. Даже зафиксированные симптомы депрессии не способствуют ранней диагностике возможной деменции, так как у лиц среднего возраста жалобы на подавленное состояние не являются чем-то необычным (см. гл. 9). Серьезные проблемы возникают лишь тогда, когда начинается изменение личности — больной озлобляется по малейшему поводу, становится совершенно безразличен к нуждам близких друзей и членов семьи. Потеря памяти бывает настолько значительной, что больной перестает узнавать окружающих.
Вероятность развития этой болезни увеличивается с возрастом. Поэтому параллельно с улучшением состояния здоровья населения и увеличением числа пожилых людей будет расти и число тех, у кого может возникнуть болезнь Альцгеймера. Если к концу нашего столетия в США процент людей, перешагнувших 70-летний рубеж, возрастет вдвое — примерно с 10 до 20%, — то число заболевших альцгеймеровской деменцией в ее различных формах может достичь нескольких миллионов человек. Это приведет к тому, что она, возможно, станет самым распространенным неврологическим расстройством всех времен.
Причина болезни все еще остается неизвестной. К тому же, хотя клинические симптомы достаточно характерны, нет никаких способов достоверно диагностировать болезнь при жизни пациента, за исключением одного — взять кусочек мозговой ткани для микроскопического исследования. Однако подобную процедуру вряд ли можно считать оправданной, так как никаких методов лечения в наши дни все равно не существует.
Масштабы проблем, с которыми столкнется человечество при увеличении продолжительности жизни, нельзя недооценивать. Не зная причин, вызывающих болезнь Альцгеймера, невозможно предложить профилактические меры для тех, кто пока еще здоров. Кроме того, не имея способов ранней диагностики заболевания, нельзя четко оценить результаты экспериментального лечения, которое могло бы повлиять на дальнейшее течение болезни.
Все это означает, что болезнь Альцгеймера — одна из важных медицинских проблем, решение которой целиком зависит от исследований мозга. Хотя данные о гибели кортикальных нейронов и появлении в коре бляшек и волокнистых сплетений сами по себе очень существенны, причины и последовательность этих изменений остаются неясными. Образуются ли эти структуры из отмирающих нейронов? Является ли причиной болезни некий таинственный инфекционный агент, который проникает в мозг на ранних этапах жизни и впоследствии активизируется под влиянием каких-то неизвестных средовых факторов? Может быть, именно он формирует бляшки и сплетения волокон, а затем убивает нейроны? Подобного рода «медленная» инфекция, вызывающая прогрессирующее неизлечимое слабоумие у жителей южных островов Тихого океана, была открыта американским неврологом Карлтоном Гайдушеком. Эта болезнь, называемая куру, передавалась при ритуальном поедании мозга умерших стариков, когда здоровые члены общины, не подозревая об этом, получали инфекцию.
Известно большое число вирусов, проникающих в нервную систему, — среди них те, которые мы просто получаем с вдыхаемым воздухом наподобие возбудителей гриппа, кори и ныне почти искорененного полиомиелита. Разновидности этих вирусов могут долгое время существовать внутри некоторых клеток мозга, а затем активируются под влиянием каких-то изменений внутренней среды, которые у других, не-инфицированных нейронов не вызывают никакой реакции. Не исключено, что существуют и иные формы инфекционных частиц, даже более мелких, чем вирусы, которые могли бы вторгаться в здоровые мозговые клетки и вызывать их гибель или патологическое изменение.
Один из подходов к изучению болезни Альцгеймера состоит в применении стратегии, ранее уже использованной при исследовании важнейших психозов и болезни Паркинсона. Речь идет о поиске специфических изменений медиаторов, которые помогли бы пролить свет на ряд вопросов диагностики и терапии. В результате нейрохимического анализа мозга людей, умерших от болезни Альцгеймера, уже обнаружены три основных типа химических изменений. Главные потери несут холинэргические нейроны, от которых идут дивергирующие связи в коре. Почти столь же обширны потери нейронов, посылающих к коре норадреналиновые и соматостатиновые волокна. Не ясно, однако, являются ли эти изменения причиной или следствием болезни.
Способы лечения, основанные на стимуляции холинэргической передачи в сетях с нехваткой ацетилхолина (подобно тому как L-ДОФА усиливает дофаминэргическую передачу при паркинсонизме), оказались неэффективными. Эта неудача может быть вызвана двумя причинами: либо количество сохранившихся холинэргических нейронов недостаточно для стимулирования, либо под влиянием болезни клетки-мишени коры утрачивают способность к реакции. Дальнейшее исследование ацетилхолиновой недостаточности базируется отчасти на том факте, что у животных препараты, подавляющие холинэргическую передачу, вызывают острое состояние «спутанности» и ухудшают память. Если первичный патологический процесс приводит к гибели корковых нейронов, иннервируемых холинэргическими или адренэргическими волокнами, то соответствующие дивергентные сети с одним входом не смогут выполнять нормальные интегративные функции (см. гл. 4). Соматостатиновые нейроны коры головного мозга, по-видимому, образуют иерархические цепи, связывающие одну область коры с другой.
Потеря всех трех медиаторов может, однако, оказаться вторичной по отношению к каким-то факторам, вызывающим первоначальное разрушение нейронов. Но каковы бы ни были причины этого разрушения, выведенные из строя сети лишают кору трех мощных интегративных механизмов. Ввиду большого практического значения болезни Альцгеймера исследования, направленные на разгадку ее природы, и поиски методов лечения, вероятно, будут оставаться одной из важнейших задач клинической неврологии.
Болезнь Гентингтона: еще один вид неизлечимого слабоумия
Некоторые неврологи и психиатры возражают против использования термина «слабоумие» (или «деменция») как названия определенной болезни, так как речь не идет здесь, как и в случае шизофрении, о каком-то едином заболевании. Симптомы слабоумия могут наблюдаться на последних стадиях ряда различных болезней нервной и эндокринной систем. К несчастью, подобные состояния почти всегда бывают необратимыми. На поздних стадиях паркинсонизма (см. гл. 3) у больных тоже могут появляться признаки и симптомы болезни Альцгеймера, но в данном случае процесс атрофии затрагивает не кору, а подкорковые области мозга — базальные ганглии. В этих случаях лечение с помощью L-ДОФА уже не может восстановить нормальную функцию. Приблизительно тот же общий тип деменции встречается и при другом, гораздо более редком наследственно обусловленном заболевании, названном по имени американского врача Джорджа Гентингтона, который в 1872 году впервые описал его симптомы.
У жертв этой болезни развитие слабоумия сопровождается прогрессирующим расстройством движений конечностей и лица, производящим нередко пугающее впечатление. Действительно, из-за резких судорожных движений, неподвластных больному, эту болезнь одно время называли хореей Гентингтона. В мозгу больных отмечали разрушение нейронов в хвостатом ядре и других базальных ганглиях, но иных признаков клеточной патологии обнаружено не было. Хотя болезни часто сопутствует слабоумие, явных патологических изменений в коре не находят, если не считать встречающейся иногда гибели небольшого числа нейронов.
Причины болезни Гентингтона неизвестны, поэтому нет и эффективных методов ее лечения. Генетический анализ показывает, однако, что у потомков больного (или больной) имеется один шанс из двух унаследовать эту болезнь. Как это ни прискорбно, распознать заболевание раньше чем в возрасте около 40 лет не удается, а к этому времени люди обычно успевают уже вступить в брак и произвести на свет новых носителей наследственного фактора. К сожалению, мы еще не располагаем надежным тестом для решения вопроса о том, унаследован ли данным ребенком злополучный ген. Поскольку четкой возрастной границы, после которой можно было бы сказать, что опасность миновала, не существует, потомок больного родителя должен либо вообще отказаться от намерения иметь детей, либо идти на 50%-ный риск для каждого ребенка и надеяться на удачу.
Совсем недавно были сделаны первые шаги на пути к созданию возможного диагностического теста. Исследования, проведенные среди жителей одной венесуэльской деревни с очень высокой частотой болезни Гентингтона, позволили частично выделить ген, ответственный за это заболевание. Есть надежда, что в конечном итоге на основе этой информации можно будет разработать тест, который позволит выявлять носителей неблагоприятного гена, подобно тому как в наши дни определяют, может ли развиться серповидноклеточная анемия у ребенка, который еще находится в утробе матери.
Генетические тесты базируются на двух основных принципах. Первый из них заключается в том, что весь генетический материал данного потомка состоит из генетических факторов, полученных от обоих родителей в более или менее случайном сочетании. В зависимости от того, будут ли гены доминантными или рецессивными, у ребенка проявятся те или иные черты обоих родителей. Некоторые признаки, как говорят, «сцеплены с полом», т. е. гены, ответственные за эти признаки, находятся в X- или Y-хромосоме, определяющей пол ребенка. Болезнь Гентингтона зависит от доминантного гена, не сцепленного с полом, т. е. расположенного в одной из 22 пар неполовых хромосом — аутосом. Хромосомы содержат гены многих тысяч признаков, начиная от цвета глаз и кончая размерами тела, право- или леворукостью и т. д. Индивидуальная конституция организма зависит от унаследованных генов и их способности к экспрессии (проявлению). О некоторых генах известно, что они расположены в определенных хромосомах: например, гены гемоглобина, инсулина и гормонов, регулирующих кальциевый обмен, все находятся в 11-й хромосоме. Ген, вызывающий развитие болезни Гентингтона, вероятно, делает возможным развитие в нервной системе дегенеративных изменений при условии, что его носитель проживет достаточно долго.
Второй важный принцип заключается в том, что информация, которую несет ген, зависит от его молекулярной структуры. В каждом гене наследственная информация закодирована с помощью особого химического соединения, называемого дезоксирибонуклеиновой кислотой, или ДНК. Наиболее важные компоненты ДНК — это четыре основания: аденин, тимин, цитозин и гуанин. Порядок расположения этих оснований фактически определяет, каким будет действие гена в клетке, в которой оно проявится. В гене две цепи ДНК закручены в спираль одна вокруг другой и остаются в тесном контакте между собой благодаря попарному сродству оснований: гуанин обладает сродством к цитозину, а аденин — к тимину. Если бы мы могли извлечь весь генетический материал из всех хромосом, полученных от родителей в процессе оплодотворения, и разложить в один ряд, то получили бы нечто вроде очень длинного текста, написанного четырьмя буквами Г, Ц, А и Т (начальные буквы оснований), чередующимися в определенной последовательности. Некоторые из этих последовательностей могут варьировать, не оказывая влияния на закодированные ими признаки. Но именно точные последовательности оснований вашей ДНК определяют, имеется ли у вас эта форма гена или та, и обеспечивают физическую основу для генетических тестов.
Ученые, исследующие мозг, и генетики, которым удалось частично выделить ген, ответственный за болезнь Гентингтона, установили, что у всех членов семей, подверженных заболеванию, на протяжении по меньшей мере трех поколений в ДНК содержится определенная последовательность Г, Ц, Т и А. Но еще важнее то, что ни у одного человека, дожившего здоровым до 60 лет, этой особенности не выявлено. Однако этот тест еще недостаточно надежен, и пока нельзя сказать, что именно кодирует данный ген.
Кроме того, пока еще нет возможности «прочитать» всю последовательность сотен тысяч оснований в том участке цепи ДНК, который у здоровых и больных оказался различным. Это различие сейчас выявляют, сравнивая размеры фрагментов 4-й хромосомы после обработки ДНК ферментами, расщепляющими ее в соответствии с последовательностью оснований. И хотя это различие в принципе обнаружено, понадобится еще какое-то время, чтобы определить конкретную последовательность оснований, ответственную за развитие болезни. Но даже и после этого потребуется еще много работы, чтобы выяснить, каким образом аномальный доминантный ген изменяет свойства клеток. Когда тест будет полностью разработан, он не только доставит спокойствие тем, кто будет исключен из числа носителей патологического гена, но и даст возможность предотвратить дальнейшее распространение болезни.
